JP3322007B2 - ハーフトーン方式位相シフトマスク及びレジスト露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における各種パターン形成技術等に用いられるハーフ
トーン方式位相シフトマスク、及びかかるハーフトーン
方式位相シフトマスクを用いたレジスト露光方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造におけるパターン転写
工程、所謂リソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
は、フォトマスク上のパターン形状を例えばウエハから
成る基体上に形成されたレジストに転写するために用い
られる。尚、以下、特に断りがない限り、ウエハ等から
成る基体上に形成されたレジストを単にレジストと表現
する。半導体装置等におけるパターン加工の寸法は年々
微細化している。そして、遮光領域と光透過領域とから
構成された従来型のフォトマスクでは、リソグラフィ工
程で使用する露光装置の露光光の波長程度の解像度を得
ることができず、半導体装置等の製造において要求され
る解像度を得ることが困難になりつつある。そこで、近
年、このような従来型のフォトマスクに替わって、光の
位相を異ならせる位相シフト領域を具備した、所謂位相
シフトマスクが用いられるようになってきている。位相
シフトマスクを用いることによって、従来型のフォトマ
スクでは形成不可能な微細パターンの形成が可能とされ
ている。

【０００３】従来の位相シフトマスクは、光透過領域、
光を遮光する遮光領域、及び光透過領域を通過する光の
位相と異なる位相の光を透過させる光透過物質から成る
位相シフト領域から構成されている。典型的な従来のエ
ッジ強調型位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図
１２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図中、参照番
号１０は基板、参照番号１１２は光透過領域、参照番号
１１６は遮光領域、参照番号１１８は位相シフト領域、
参照番号１２０は光透過物質層、参照番号１２２は遮光
層である。光透過物質層１２０を設けることによって、
光透過領域１１２を通過した光の位相と、位相シフト領
域１１８を通過した光の位相を、例えば１８０度相違さ
せることができる。

【０００４】従来の位相シフトマスクにおいては、位相
シフト領域の形状あるいは位置を精確に制御しないと微
細なパターンの形成ができない。また、パターン形状に
よっては、位相シフト領域が、本来光の干渉を受けては
ならない他の光透過領域にまで光の干渉を生じさせる場
合がある。このような場合には、位相シフト領域を形成
することができない。

【０００５】このような従来の位相シフトマスクの問題
点を解決するための位相シフトマスクの一種に、半遮光
層と光透過領域とから構成され、半遮光層を通過した光
の位相と光透過領域を通過した光の位相とが例えば１８
０度異なる、ハーフトーン方式位相シフトマスクがあ
る。ハーフトーン方式位相シフトマスクは、上述の従来
の位相シフトマスクの問題点を解決でき、しかも解像度
が向上する。更には、位相シフトマスクにおいて要求さ
れる光透過物質層の形成及び遮光領域の形成といった２
回の形成工程の代わりに、光透過領域の形成という１回
の形成工程で済むために、ハーフトーン方式位相シフト
マスクの作製は容易であり、しかも、マスク作製時に欠
陥が生成される度合も低いという利点を有する。

【０００６】ハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な一部切断図を図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図
中、参照番号１０は基板、参照番号１２は光透過領域、
参照番号１４は半遮光層である。半遮光層１４の下若し
くは上には、位相シフト層２０が形成されている。位相
シフト層２０は、光透過領域１２を通過した光の位相と
半遮光層１４を通過した光の位相を異ならせるための光
透過物質から成る。尚、この場合、位相シフト層２０の
厚さｄを適切に設定することによって、光透過領域１２
を通過した光の位相と、半遮光層１４を通過した光の位
相の差が１８０度となる。あるい又、図７の（Ｃ）に示
したハーフトーン方式位相シフトマスクは、所謂基板掘
り込み型である。基板１０に凹部１６を形成することに
よって、光透過領域１２を通過した光の位相と半遮光層
１４を通過した光の位相を異ならせることができる。
尚、この場合、凹部１６の深さｄ’を適切に設定するこ
とによって、光透過領域１２を通過した光の位相と、半
遮光層１４を通過した光の位相の差が１８０度となる。

【０００７】ハーフトーン方式位相シフトマスクにおい
ては、半遮光層１４の振幅透過率は、０より大きく且つ
レジストを解像させない程度、例えば２０〜４５％程度
である。尚、光強度透過率で表現すると、４〜２０％程
度である。そして、半遮光層１４の厚さを制御すること
で所望の振幅透過率若しくは光強度透過率を得ることが
できる。従来、半遮光層１４の光強度透過率は、マスク
全面において、一様な値に設定されている。そして、ハ
ーフトーン方式位相シフトマスクに設けられたパターン
形状をレジストに転写するために、所定の光強度透過率
及び位相を有する半遮光層１４を通過した光と、位相が
１８０度半遮光層とは異なる光透過領域１２を通過した
光の干渉を利用する。

【０００８】ハーフトーン方式位相シフトマスクを用い
た露光方法においては、光透過領域１２と半遮光層１４
が隣接している。そのため、光透過領域１２を通過した
光が半遮光層１４を通過した光によって干渉され、光透
過領域１２を通過した光によってレジストに本来形成さ
れるパターンの大きさよりも、レジストに実際に形成さ
れたパターンの大きさが小さくなる。従って、通常、所
望の大きさのパターンがレジストに形成されるように、
ハーフトーン方式位相シフトマスクに形成すべきパター
ンの大きさ（光透過領域の大きさ）を大きくしている。
尚、このように、ハーフトーン方式位相シフトマスクに
形成すべきパターンの大きさ（光透過領域の大きさ）を
大きくすることを、光透過領域の大きさにバイアスを掛
けるという場合があり、ハーフトーン方式位相シフトマ
スクに形成すべきパターンの大きさ（光透過領域の大き
さ）と、レジストに形成すべき所望の大きさのパターン
との差をバイアス量と呼ぶ場合もある。

【０００９】例えば、露光光としてＫｒＦレーザ光（波
長：２４８ｎｍ）を用い、露光装置の開口数（ＮＡ）を
０．５、コヒーレンス度（σ）を０．５とし、半遮光層
１４の光強度透過率が１０％のハーフトーン方式位相シ
フトマスクを用いたとき、０．３０μｍのパターンをレ
ジストに形成しようと試みた場合、ハーフトーン方式位
相シフトマスク上の光透過領域１２の大きさは０．３５
μｍとなる。即ち、バイアス量は０．０５μｍである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクは作製が比較的容易であり、
また、ハーフトーン方式位相シフトマスクを用いた露光
方法は解像度の向上を達成することができるといった数
々の利点を有する。しかしながら、従来型のフォトマス
クと比較して、所謂近接効果による悪影響が大きく現れ
るといった問題がある。

【００１１】即ち、隣接する光透過領域を通過した回折
光が相互に影響を及ぼすほど（干渉し合うほど）近接し
て２次元的に配列され、大きさが等しい複数の光透過領
域から構成された光透過領域群を有するハーフトーン方
式位相シフトマスクにおいては、光透過領域群の最外周
に位置する光透過領域によって形成されたレジストのパ
ターンの大きさと、光透過領域群の他の領域に位置する
光透過領域によって形成されたレジストのパターンの大
きさが相違するという問題がある。

【００１２】光透過領域群が３×３のマトリックス状に
２次元的に配列された光透過領域から成り、各光透過領
域の大きさが０．３５μｍであるハーフトーン方式位相
シフトマスクを想定する。尚、各光透過領域の中心間の
距離を０．７５μｍとする。このようなハーフトーン方
式位相シフトマスクの模式的な平面図を図１１に示す。
尚、このようなハーフトーン方式位相シフトマスクを、
以下、従来のハーフトーン方式位相シフトマスクと呼
ぶ。また、便宜上、光透過領域群の中央に位置する光透
過領域を光透過領域Ａと呼び、光透過領域群の最外周の
内、コーナー部に位置する光透過領域を光透過領域Ｂと
呼び、光透過領域群の最外周の内、コーナー部以外の位
置にある光透過領域を光透過領域Ｃと呼ぶ。

【００１３】尚、本明細書における大きさや距離の表示
は、レジストに形成されるパターンの大きさや距離を基
準にする。即ち、光透過領域の大きさが０．３５μｍで
あるという場合、露光装置の縮小光学系の縮小倍率を１
／５倍とすれば、ハーフトーン方式位相シフトマスクに
形成すべき光透過領域の大きさは、０．３５×５＝１．
７５μｍである。また、各光透過領域の中心間の距離を
０．７５μｍであるという場合、ハーフトーン方式位相
シフトマスクに形成すべき各光透過領域の中心間の距離
は、０．７５×５＝３．７５μｍである。

【００１４】このようなハーフトーン方式位相シフトマ
スクを用いて、フォーカスオフセット値が０μｍのとき
に、図１１に示す光透過領域Ａによって直径０．３０μ
ｍの円形状のパターンがレジストに形成される露光量で
露光する。このような条件で露光する場合、図１１に示
す光透過領域Ｂによって、直径０．２９８μｍの円形状
のパターンがレジストに形成される。また、図１１に示
す光透過領域Ｃによって、縦軸長０．３００μｍ、横軸
長０．２９７μｍの楕円状のパターンがレジストに形成
される。

【００１５】ここで、フォーカスオフセット値を、以下
のように定義する。即ち、位相シフトマスクやハーフト
ーン方式位相シフトマスクではない、光透過領域と遮光
領域から構成された通常のマスクを用いて、縮小投影光
学系においてかかるマスクに形成されたパターンをレジ
ストに転写したとき、レジストに最もシャープな像が得
られるときの焦点距離をフォーカスオフセット値＝０μ
ｍとする。また、この位置からレジストが形成された例
えばウエハをハーフトーン方式位相シフトマスクに近づ
ける方向に移動させる場合、フォーカスオフセット値は
「＋」の値であるとする。逆に、ウエハをハーフトーン
方式位相シフトマスクから離れる方向に移動させる場
合、フォーカスオフセット値は「−」の値であるとす
る。

【００１６】一方、フォーカスオフセット値を±０．７
５μｍとし、同じ露光量で露光した場合、図１１に示す
光透過領域Ａによって直径０．２６８μｍの円形状のパ
ターンがレジストに形成された。また、図１１に示す光
透過領域Ｂによって、直径０．２６２μｍの円形状のパ
ターンがレジストに形成された。更には、図１１に示す
光透過領域Ｃによって、縦軸長０．２６８μｍ、横軸長
０．２６６μｍの楕円状のパターンがレジストに形成さ
れた。

【００１７】光透過領域群の中央に位置する光透過領域
Ａを通過する０次の回折光は、四方に位置する光透過領
域Ｃを通過する１次以上の回折光の影響を受ける（干渉
し合う）。一方、光透過領域群の最外周の内、コーナー
部に位置する光透過領域Ｂを通過する０次の回折光は、
二方に位置する光透過領域Ｃを通過する１次以上の回折
光の影響（干渉）、及び二方に位置する半遮光層の影響
（干渉）を受ける。更に、光透過領域Ｃを通過する０次
の回折光は、二方に位置する光透過領域Ｂ及び一方に位
置する光透過領域Ａを通過する１次以上の回折光の影響
（干渉）、並びに一方に位置する半遮光層１４の影響
（干渉）を受ける。その結果、各光透過領域に基づき得
られるレジストのパターンの大きさに相違が生じる。
尚、場合によっては、斜め方向に位置する光透過領域の
影響も受ける。

【００１８】尚、光透過領域の大きさや各光透過領域の
中心間の距離によっては、光透過領域群の中央に位置す
る光透過領域に基づき得られるレジストのパターンの大
きさが、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域に
基づき得られるレジストのパターンの大きさよりも小さ
くなる場合もある。

【００１９】このように、光透過領域群における光透過
領域が形成された位置に依存して、レジストに形成され
たパターンの大きさが相違すると、所望の大きさを有す
る微細なパターンを安定してレジストに形成することが
困難となる。特に、フォーカスオフセット値を或る値と
して露光を行って一層微細なパターンをレジストに形成
することが、一層困難になる。

【００２０】従って、本発明の第１の目的は、隣接する
光透過領域を通過した回折光が相互に影響を及ぼすほ
ど、即ち、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互
に干渉し合うほど、近接して配列された光透過領域から
構成された光透過領域群が形成されたハーフトーン方式
位相シフトマスクであって、各光透過領域が形成された
位置に拘らず、レジストに形成されるパターンの大きさ
を一定とし得るハーフトーン方式位相シフトマスク、及
びかかるハーフトーン方式位相シフトマスクを用いたレ
ジスト露光方法を提供することにある。

【００２１】更に、本発明の第２の目的は、隣接する光
透過領域を通過した回折光が相互に影響を及ぼすほど、
即ち、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干
渉し合うほど、近接して配列された光透過領域から構成
された光透過領域群が形成され、且つ、孤立した光透過
領域を通過した回折光と光透過領域群の最外周に位置す
る光透過領域を通過した回折光とが干渉しない位置に、
孤立した光透過領域が配置されたハーフトーン方式位相
シフトマスクであって、各光透過領域が形成された位置
に拘らず、レジストに形成されるパターンの大きさを一
定とし得るハーフトーン方式位相シフトマスク、及びか
かるハーフトーン方式位相シフトマスクを用いたレジス
ト露光方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的は、透
明な基板上に形成された、半遮光層、及び複数の光透過
領域から構成された光透過領域群から成り、半遮光層を
通過した光の位相と光透過領域を通過した光の位相が異
なるハーフトーン方式位相シフトマスクであって、隣接
する光透過領域を通過した回折光が相互に干渉し合うほ
ど、光透過領域群の各光透過領域は近接して配列されて
おり、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域のそ
れぞれの大きさは、光透過領域群の他の領域に位置する
光透過領域の大きさと相違することを特徴とする本発明
の第１の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスク
によって達成することができる。

【００２３】更に、上記の第２の目的は、透明な基板上
に形成された、半遮光層、複数の光透過領域から構成さ
れた光透過領域群、及び孤立した光透過領域から成り、
半遮光層を通過した光の位相と光透過領域を通過した光
の位相が異なるハーフトーン方式位相シフトマスクであ
って、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干
渉し合うほど、光透過領域群の各光透過領域は近接して
配列されており、孤立した光透過領域を通過した回折光
と光透過領域群の最外周に位置する光透過領域を通過し
た回折光とが干渉しない位置に、孤立した光透過領域は
配置されており、孤立した光透過領域の大きさは、光透
過領域群の最外周に位置する光透過領域の大きさと相違
することを特徴とする本発明の第２の態様に係るハーフ
トーン方式位相シフトマスクによって達成することがで
きる。

【００２４】本発明の第２の態様に係るハーフトーン方
式位相シフトマスクにおいては、光透過領域群の最外周
に位置する光透過領域のそれぞれの大きさを、光透過領
域群の他の領域に位置する光透過領域の大きさと相違さ
せることが望ましい。

【００２５】光透過領域群の配列パターンとしては、１
×Ｎ（但し、Ｎは３以上の整数）、２×Ｎ、Ｍ×Ｎ’
（但し、Ｍ及びＮ’は３以上の整数）の１次元的若しく
は２次元的配列パターンを例示することができる。この
場合、１×Ｎの配列パターンにおいては、１番目及びＮ
番目の光透過領域を、光透過領域群の最外周に位置する
光透過領域とする。一方、Ｋ番目（１＜Ｋ＜Ｎ）の光透
過領域を、光透過領域群の他の領域に位置する光透過領
域とする。２×Ｎの配列パターンにおいては、（１，
１）番目、（１，２）番目、（Ｎ，１）番目及び（Ｎ，
２）番目の光透過領域を、光透過領域群の最外周に位置
する光透過領域とする。一方、その他の光透過領域を、
光透過領域群の他の領域に位置する光透過領域とする。
Ｍ×Ｎ’の配列パターンにおいては、１行目、１列目、
Ｍ行目及びＮ’列目に位置する光透過領域を、光透過領
域群の最外周に位置する光透過領域とする。一方、その
他の光透過領域を、光透過領域群の他の領域に位置する
光透過領域とする。

【００２６】上記の目的は、更に、本発明の第１若しく
は第２の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスク
を用いて、基体上に形成されたレジストを露光すること
を特徴とする本発明のレジスト露光方法によって達成す
ることができる。

【００２７】

【作用】本発明の第１の態様に係るハーフトーン方式位
相シフトマスクにおいては、光透過領域群の最外周に位
置する光透過領域のそれぞれの大きさは、光透過領域群
の他の領域に位置する光透過領域の大きさと相違する。
一方、本発明の第２の態様に係るハーフトーン方式位相
シフトマスクにおいては、孤立した光透過領域の大きさ
は、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域の大き
さと相違する。これによって、各光透過領域の周囲にお
ける光透過領域若しくは半遮光層の配置状態に依存する
ことなく、ほぼ均一な大きさのパターンをウエハ等から
成る基体上のレジストに形成することができる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００２９】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスクに関す
る。図１に模式的な一部平面図に、また図７の（Ａ），
（Ｂ）若しくは（Ｃ）に模式的な一部断面図を示すよう
に、実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスクは、
透明な基板１０上に形成された、半遮光層１４、及び複
数の光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃから構成された
光透過領域群から成り、半遮光層１４を通過した光の位
相と光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを通過した光の
位相が、例えば１８０度異なる。尚、図７においては、
光透過領域を単に参照番号１２で表わした。

【００３０】隣接する光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃを通過した回折光が相互に干渉し合うほど、光透過領
域群の各光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは近接して
配列されている。実施例１においては、３×３の光透過
領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが２次元的にマトリックス
状に配列されている。尚、光透過領域１２Ａは光透過領
域群の中央に位置する光透過領域であり、光透過領域１
２Ｂは、光透過領域群の最外周の内、コーナー部に位置
する光透過領域であり、光透過領域１２Ｃは、光透過領
域群の最外周の内、コーナー部以外の位置にある光透過
領域である。

【００３１】実施例１においては、各光透過領域の中心
間の距離を０．７５μｍとした。このような距離にあっ
ては、光透過領域群の各光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１
２Ｃにおいては、隣接する光透過領域を通過した回折光
が相互に干渉し合う。ここで、回折光が相互に干渉し合
うとは、或る光透過領域を通過した０次の回折光と、こ
の光透過領域に隣接した光透過領域を通過した１次以上
の回折光が干渉することを意味する。

【００３２】光透過領域群の最外周に位置する光透過領
域１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれの大きさを、光透過領域群
の他の領域に位置する光透過領域１２Ａの大きさと相違
させる。実施例１においては、光透過領域１２Ａの大き
さを０．３５０μｍ×０．３５０μｍ、光透過領域１２
Ｂの大きさを０．３５５μｍ×０．３５５μｍとした。
一方、光透過領域１２Ｃにおいては、光透過領域１２Ａ
に向かう方向に沿った大きさ（長さ）を０．３５５μｍ
とし、光透過領域１２Ｂに向かう方向に沿った大きさ
（長さ）を０．３５０μｍとした。

【００３３】このような実施例１のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いて、フォーカスオフセット値を種
々変化させたときの光透過領域１２Ａ及び光透過領域１
２Ｂに基づき得られたレジストのパターンサイズのシミ
ュレーション結果を図２に示す。尚、露光光としてＫｒ
Ｆレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用い、露光装置の開
口数（ＮＡ）を０．５、コヒーレンス度（σ）を０．５
とし、半遮光層１４の光強度透過率を１０％とした。ま
た、フォーカスオフセット値が０μｍのときに、光透過
領域１２Ａによって直径０．３０μｍの円形状のパター
ンがレジストに形成される露光量で露光するとした。こ
のような条件でウエハ等の基体に形成されたレジストを
露光する場合、フォーカスオフセット値を±０．７５μ
ｍとしたとき、光透過領域１２Ａによって直径０．２６
８μｍの円形状のパターンがレジストに形成され、光透
過領域１２Ｂによって直径０．２７０μｍの円形状のパ
ターンがレジストに形成され、光透過領域１２Ｃによっ
て直径０．２７２μｍの円形状のパターンがレジストに
形成された。即ち、ほぼ同じ直径の円形状のパターンを
レジストに形成することができた。尚、図３に、実施例
１の結果、及び図１１にて説明した従来のハーフトーン
方式位相シフトマスク（従来例）における結果を纏め
た。

【００３４】また、フォーカスオフセット値が０μｍの
とき、光透過領域１２Ａによって直径０．３００μｍの
円形状のパターンがレジストに形成され、光透過領域１
２Ｂによって直径０．３０４μｍの円形状のパターンが
レジストに形成された。光透過領域１２Ｂによって形成
されるレジストパターンは若干大きめであるが、十分許
容範囲に収まっていた。

【００３５】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスクに関す
る。図４に模式的な一部平面図に、また図７の（Ａ）、
（Ｂ）若しくは（Ｃ）に模式的な一部断面図を示すよう
に、実施例２のハーフトーン方式位相シフトマスクは、
透明な基板１０上に形成された、半遮光層１４、複数の
光透過領域１２Ｂから構成された光透過領域群、及び孤
立した光透過領域３０から成り、半遮光層１４を通過し
た光の位相と光透過領域１２Ｂ，３０を通過した光の位
相が、例えば１８０度異なる。

【００３６】隣接する光透過領域１２Ｂを通過した回折
光が相互に干渉し合うほど近接して、光透過領域群の各
光透過領域１２Ｂは配列されている。実施例２において
は、２×２の光透過領域１２Ｂが２次元的にマトリック
ス状に配列されている。尚、これらの光透過領域１２Ｂ
の全ては、光透過領域群の最外周であって且つコーナー
部に位置する光透過領域である。実施例２においては、
各光透過領域の中心間の距離を０．７５μｍとした。こ
のような距離にあっては、光透過領域群の各光透過領域
１２Ｂを通過した回折光は相互に干渉し合う。

【００３７】一方、孤立した光透過領域３０を通過した
回折光と光透過領域群の最外周に位置する光透過領域１
２Ｂを通過した回折光とが干渉しない位置に、孤立した
光透過領域３０が配置されている。具体的には、最も近
接した光透過領域群中の光透過領域１２Ｂ’と孤立した
光透過領域３０の中心間の距離は１．５μｍ以上離れて
いる。ここで、孤立した光透過領域を通過した回折光と
光透過領域群の最外周に位置する光透過領域を通過した
回折光とが干渉しないとは、孤立した光透過領域３０を
通過した０次の回折光と、この孤立した光透過領域３０
に隣接した光透過領域１２Ｂ’を通過した１次以上の回
折光が干渉し合わず、しかも、孤立した光透過領域３０
を通過した１次以上の回折光と、この孤立した光透過領
域３０に隣接した光透過領域１２Ｂ’を通過した０次の
回折光が干渉し合わないことを意味する。

【００３８】そして、孤立した光透過領域３０の大きさ
を、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域１２Ｂ
の大きさと相違させる。実施例２においては、光透過領
域１２Ｂの大きさを０．３５０μｍ×０．３５０μｍと
し、光透過領域３０の大きさを０．３５５μｍ×０．３
５５μｍとした。尚、実施例２においては、光透過領域
群を構成する光透過領域１２Ｂは２×２のマトリックス
状に配列されているので、各光透過領域が他の光透過領
域から受ける影響は等しい。従って、全ての光透過領域
１２Ｂの大きさを同一にした。

【００３９】このような実施例２のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いて、フォーカスオフセット値を種
々変化させたときの光透過領域１２Ｂ及び孤立した光透
過領域３０に基づき得られたレジストのパターンサイズ
のシミュレーション結果を図５に示す。尚、フォーカス
オフセット値が０μｍのときに、光透過領域１２Ｂによ
って直径０．３０μｍの円形状のパターンがレジストに
形成される露光量で露光するとした。このような条件で
露光する場合、フォーカスオフセット値が±０．７０μ
ｍのとき、光透過領域１２Ｂによって直径０．２６８μ
ｍの円形状のパターンがレジストに形成された。一方、
孤立した光透過領域３０によって直径０．２７２μｍの
円形状のパターンがレジストに形成された。即ち、ほぼ
同じ直径の円形状のパターンをレジストに形成すること
ができた。

【００４０】また、フォーカスオフセット値が０μｍの
とき、光透過領域１２Ｂによって直径０．３００μｍの
円形状のパターンがレジストに形成され、孤立した光透
過領域３０によって直径０．３０３μｍの円形状のパタ
ーンがレジストに形成された。光透過領域１２Ｂによっ
て形成されるレジストパターンは若干大きめであるが、
十分許容範囲に収まっていた。

【００４１】比較のために、孤立した光透過領域３０の
大きさを０．３５０μｍ×０．３５０μｍとした。即
ち、孤立した光透過領域３０を含む全ての光透過領域の
大きさを同一とした。この場合には、フォーカスオフセ
ット値が±０．７０μｍのとき、光透過領域１２Ｂによ
って直径０．２６８μｍの円形状のパターンがレジスト
に形成された。一方、孤立した光透過領域３０によって
直径０．２６３μｍの小さな円形状のパターンがレジス
トに形成された。

【００４２】（実施例３）実施例３は、実施例２の変形
であり、実施例１と実施例２の組み合わせに関する。実
施例３においては、図６に平面図を示すように、光透過
領域群が３×３の２次元的にマトリックス状に配列され
ている。更に、孤立した光透過領域３０が配置されてい
る。光透過領域群を構成する光透過領域１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃの配列及び大きさは、実施例１と同様とし
た。一方、実施例３においては、孤立した光透過領域３
０を通過した回折光と光透過領域群の最外周に位置する
光透過領域を通過した回折光とが干渉しない位置に、孤
立した光透過領域３０が配置されている。具体的には、
最も近接した光透過領域群中の光透過領域１２Ｃ’と孤
立した光透過領域３０の中心間の距離は１．５μｍ以上
離れている。孤立した光透過領域３０の大きさは、実施
例２と同様である。

【００４３】このような実施例３のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いてレジストにパターンを形成した
とき、実施例１及び実施例２で説明したと同様のパター
ンサイズを得ることができた。

【００４４】以下、ハーフトーン方式位相シフトマスク
の作製方法の概要を説明する。

【００４５】図７の（Ａ）に示したハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製する工程を、図８を参照して、以
下、説明する。先ず、石英等の透明材料から成る基板１
０の表面上に、例えばＳＯＧ（Spin On Glass）から成
る位相シフト層２０を塗布法にて形成する。位相シフト
層２０の厚さｄを、半遮光層による位相差及び各層界面
における位相のずれを考慮し、光透過領域１２を通過し
た光の位相と半遮光層１４を通過した光の位相の差が１
８０度となるように決定した。これによって、次に、位
相シフト層２０上に、厚さ２２ｎｍのクロムから成る半
遮光層１４をスパッタ法にて形成する（図８の（Ａ）参
照）。尚、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎ
ｍ）を露光光として用いた場合、かかる厚さの半遮光層
１４の光強度透過率は１０％である。一般には、光強度
透過率が例えば４〜２０％となるように、半遮光層１４
の厚さを選択する。次に、半遮光層１４の上に、例えば
ポジ型レジスト４０を塗布法で形成する。そして、例え
ば電子線描画法にて、光透過領域を形成すべき部分の上
のポジ型レジスト４０に電子線を照射し、ポジ型レジス
ト４０を現像する（図８の（Ｂ）参照）。その後、塩素
及び酸素の混合ガスによるプラズマ中でクロムから成る
半遮光層１４をドライエッチングし（図８の（Ｃ）参
照）、更に、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスによるプ
ラズマ中でＳＯＧから成る位相シフト層２０のエッチン
グを行い、最後にポジ型レジスト４０を除去する。こう
して、図７の（Ａ）に示すハーフトーン方式位相シフト
マスクを作製することができる。

【００４６】図７の（Ｂ）に示したハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製する工程は、基本的には、上述の
図７の（Ａ）に示したハーフトーン方式位相シフトマス
クの作製方法と工程順序が異なる点を除き同様とするこ
とができる。即ち、図９の（Ａ）に示すように、先ず、
石英等の透明材料から成る基板１０の表面上に、クロム
から成る半遮光層１４をスパッタ法にて形成し、次い
で、その上に、例えばＳＯＧから成る位相シフト層２０
を塗布法にて形成する。その後、位相シフト層２０の上
に、例えばポジ型レジスト４０を塗布法で形成する。そ
して、例えば電子線描画法にて、光透過領域を形成すべ
き部分の上のポジ型レジスト４０に電子線を照射し、ポ
ジ型レジスト４０を現像する（図９の（Ｂ）参照）。そ
の後、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスによるプラズマ
中でＳＯＧから成る位相シフト層２０のエッチング（図
９の（Ｃ）参照）、塩素及び酸素の混合ガスによるプラ
ズマ中でクロムから成る半遮光層１４をドライエッチン
グを行い、最後にポジ型レジスト４０を除去する。こう
して、図７の（Ｂ）に示すハーフトーン方式位相シフト
マスクを作製することができる。

【００４７】図７の（Ｃ）に示した基板掘り込み型のハ
ーフトーン方式位相シフトマスクを作製する工程を、図
１０を参照して、以下、説明する。先ず、石英等の透明
材料から成る基板１０の表面上に、例えば厚さ２２ｎｍ
のクロムから成る半遮光層１４をスパッタ法にて形成す
る。次に、半遮光層１４の上に、例えばポジ型レジスト
４０を塗布法で形成する（図１０の（Ａ）参照）。そし
て、例えば電子線描画法にて、光透過領域を形成すべき
部分の上のポジ型レジスト４０に電子線を照射し、ポジ
型レジスト４０を現像する（図１０の（Ｂ）参照）。そ
の後、塩素及び酸素の混合ガスによるプラズマ中でクロ
ムから成る半遮光層１４をドライエッチングし（図１０
の（Ｃ）参照）、更に、四フッ化炭素及び酸素の混合ガ
スによるプラズマ中で基板１０のエッチングを行い、最
後にポジ型レジスト４０を除去する。こうして、図７の
（Ｃ）に示すハーフトーン方式位相シフトマスクを作製
することができる。

【００４８】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した各種の数値、光透過領域の
大きさや配置・配列、位相差などは例示であり、適宜、
所望の値あるいは適切な値に変更することができる。光
透過領域群における各光透過領域の配列はマトリックス
状に限定されず、例えば、等間隔に配列されたコンタク
トホールを形成するために、２次元的に千鳥状に交互に
配列したり、その他、適宜変更することができる。

【００４９】光透過領域群を構成する光透過領域あるい
は孤立した光透過領域の大きさを等しくしたとき、光透
過領域群の最外周に位置する光透過領域に基づき得られ
るレジストのパターンの大きさが、光透過領域群のその
他の領域に位置する光透過領域に基づき得られるレジス
トのパターンの大きさよりも小さくなり、孤立した光透
過領域に基づき得られるレジストのパターンの大きさ
が、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域に基づ
き得られるレジストのパターンの大きさよりも小さくな
る場合には、一般的には、各光透過領域の大きさを以下
のように設定する。尚、便宜上、光透過領域群の最外周
には位置しない（即ち、その他の領域に位置する）光透
過領域の大きさを基準に考える。

【００５０】例えば、図１に示した光透過領域群にて説
明すると、光透過領域群の中央に位置する光透過領域１
２Ａを通過する０次の回折光は、四方に位置する光透過
領域１２Ｃを通過する１次以上の回折光の影響（干渉）
を受ける。従って、光透過領域１２Ａのバイアス量は、
光透過領域群を構成する光透過領域の内、最も小さくす
る。一方、光透過領域群の最外周の内、コーナー部に位
置する光透過領域１２Ｂを通過する０次の回折光は、二
方に位置する光透過領域１２Ｃを通過する１次以上の回
折光の影響（干渉）、及び二方に位置する半遮光層の影
響（干渉）を受ける。従って、光透過領域１２Ａのバイ
アス量よりも、光透過領域１２Ｂのバイアス量を大きく
する。更に、光透過領域１２Ｃを通過する０次の回折光
は、二方に位置する光透過領域１２Ｂ及び一方に位置す
る光透過領域１２Ａを通過する１次以上の回折光の影響
（干渉）、並びに一方に位置する半遮光層１４の影響
（干渉）を受ける。従って、光透過領域１２Ｃから光透
過領域１２Ａに向かう方向に沿った光透過領域１２Ｃの
バイアス量を、光透過領域１２Ｂのバイアス量程度とす
る。他方、光透過領域１２Ｃから光透過領域１２Ｂに向
かう方向に沿った光透過領域１２Ｃのバイアス量を、光
透過領域１２Ａのバイアス量程度とする。孤立した光透
過領域３０に関しては、四方に位置する半遮光層１４を
通過する光の影響を受ける。従って、孤立した光透過領
域３０に関しては、例えば図６に示した光透過領域１２
Ｂと同程度のバイアス量とする。但し、これらのバイア
ス量は一種の指針であり、実際には、各種のシミュレー
ションや試験を行い、各光透過領域に対して最適なバイ
アス量を決定する必要がある。尚、場合によっては、斜
め方向に位置する光透過領域の影響を考慮する必要があ
る。

【００５１】光透過領域の大きさや各光透過領域の中心
間の距離によっては、光透過領域群の中央に位置する光
透過領域に基づき得られるレジストのパターンの大きさ
が、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域に基づ
き得られるレジストのパターンの大きさよりも小さくな
る場合もある。この場合には、上述した光透過領域のバ
イアス量の関係を逆にすればよい。

【００５２】ハーフトーン方式位相シフトマスクの作製
工程で用いた各種材料は適宜変更することができる。基
板１０は、石英以外にも、通常のガラス、適宜各種成分
を添加したガラス等から構成することができる。半遮光
層１４を構成する材料はクロムに限定されず、酸化クロ
ム、クロム上に積層された酸化クロム、高融点金属
（Ｗ、Ｍｏ、Ｂｅ等）、タンタル、アルミニウムや、Ｍ
ｏＳｉ₂等の金属シリサイドなど、光を適当量遮光する
ことができる材料を用いることができる。また、位相シ
フト層２０は、ＳＯＧから構成する代わりに、ポリメチ
ルメタクリレート、フッ化マグネシウム、二酸化チタ
ン、ポリイミド樹脂、二酸化珪素、酸化インジウム、Ｓ
ｉＮ、各種レジスト等、透明な材料であればよい。ポジ
型レジストの代わりにネガ型レジストを用いてもよい。
この場合、電子線描画領域はポジ型レジストの場合と逆
になる点が異なる。

【００５３】

【発明の効果】本発明のハーフトーン方式位相シフトマ
スクにおいては、各光透過領域の周囲における光透過領
域若しくは半遮光層の配置状態に依存することなく、ほ
ぼ均一な大きさのパターンをウエハ等から成る基体上の
レジストに形成することができる。しかも、所定のフォ
ーカスオフセット量にてほぼ均一な大きさの微細パター
ンをウエハ等から成る基体上のレジストに形成すること
ができるので、ハーフトーン方式位相シフトマスク全体
としての焦点深度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図２】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスク
を用いた場合の、レジストのパターンサイズのシミュレ
ーション結果を示す図である。

【図３】実施例１及び従来のハーフトーン方式位相シフ
トマスクにおけるレジストのパターンサイズを纏めた図
である。

【図４】実施例２のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図５】実施例２のハーフトーン方式位相シフトマスク
を用いた場合の、レジストのパターンサイズのシミュレ
ーション結果を示す図である。

【図６】実施例３のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図７】各種ハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な一部断面図である。

【図８】図７の（Ａ）に示したハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図９】図７の（Ｂ）に示したハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１０】図７の（Ｃ）に示したハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１１】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの
模式的な一部平面図である。

【図１２】典型的な従来のエッジ強調型位相シフトマス
クの模式的な一部切断図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 光透過領域 １４ 半遮光層 ２０ 位相シフト層 ３０ 孤立した光透過領域

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な基板上に形成された、半遮光層、及
   び複数の光透過領域から構成された光透過領域群から成
   り、半遮光層を通過した光の位相と光透過領域を通過し
   た光の位相が異なり、光透過領域のそれぞれに基づいた
   パターンがレジストに転写されるハーフトーン方式位相
   シフトマスクであって、 隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干渉し合
   うほど、光透過領域群の各光透過領域は近接して配列さ
   れており、 光透過領域群の最外周に位置する光透過領域のそれぞれ
   の大きさは、光透過領域群の他の領域に位置する光透過
   領域の大きさよりも大きく、 光透過領域群の最外周に位置する光透過領域に基づきレ
   ジストに転写されるパターンの大きさと、光透過領域群
   の他の領域に位置する光透過領域に基づきレジストに転
   写されるパターンの大きさとは、略等しいことを特徴と
   するハーフトーン方式位相シフトマスク。
2. 【請求項２】透明な基板上に形成された、半遮光層、複
   数の光透過領域から構成された光透過領域群、及び孤立
   した光透過領域から成り、半遮光層を通過した光の位相
   と光透過領域を通過した光の位相が異なり、光透過領域
   のそれぞれに基づいたパターンがレジストに転写される
   ハーフトーン方式位相シフトマスクであって、 隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干渉し合
   うほど、光透過領域群の各光透過領域は近接して配列さ
   れており、 孤立した光透過領域を通過した回折光と光透過領域群の
   最外周に位置する光透過領域を通過した回折光とが干渉
   しない位置に、孤立した光透過領域は配置されており、 孤立した光透過領域の大きさは、光透過領域群の最外周
   に位置する光透過領域の大きさと等しいか、光透過領域
   群の最外周に位置する光透過領域の大きさよりも大き
   く、 孤立した光透過領域に基づきレジストに転写されるパタ
   ーンの大きさと、光透過領域群の最外周に位置する光透
   過領域に基づきレジストに転写されるパターンの大きさ
   とは、略等しく、 光透過領域群の最外周に位置する光透過領域のそれぞれ
   の大きさは、光透過領域群の他の領域に位置する光透過
   領域の大きさよりも大きく、 光透過領域群の最外周に位置する光透過領域に基づきレ
   ジストに転写されるパターンの大きさと、光透過領域群
   の他の領域に位置する光透過領域に基づきレジストに転
   写されるパターンの大きさとは、略等しいことを特徴と
   する ハーフトーン方式位相シフトマスク。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載されたハーフ
   トーン方式位相シフトマスクを用いて、基体上に形成さ
   れたレジストを露光することを特徴とするレジスト露光
   方法。